JP5087855B2 - 熱処理評価用ウェーハ、熱処理評価方法、および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
熱処理評価用ウェーハ、熱処理評価方法、および半導体ウェーハの製造方法 Download PDFInfo
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Description
[1] 酸素濃度が1.0×1018atoms/cm3以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する、熱処理評価用ウェーハであって、
前記シリコンエピタキシャル層は、6〜10Ω・cmの範囲であって、かつ前記シリコン基板の抵抗値より高い抵抗値を有する、前記熱処理評価用ウェーハ。
[2] 前記シリコンエピタキシャル層の厚さは1〜10μmの範囲である、[1]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[3] 前記シリコン基板およびシリコンエピタキシャル層は、ホウ素がドープされている、[1]または[2]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[4] 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層を鏡面加工された面上に有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[5] 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および/または程度の評価である、[1]〜[4]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[6] 前記金属は、Cuおよび/またはNiである、[5]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。
[8] 前記金属成分の回収は、テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後に行われる、[7]に記載の熱処理評価方法。
[9] [1]〜[6]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。
[10] [1]〜[6]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程と、
を含む、熱処理評価方法。
[11] 第一の分析工程において分析される金属成分はNiであり、第二の分析工程において分析される金属成分はCuである、[10]に記載の熱処理評価方法。
[12] 前記ウェーハの放置時間は、12〜36時間である、[9]〜[11]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[13] 前記金属成分の回収は、弗酸、過酸化水素水および水の混合液を用いて行われる、[8]〜[12]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[14] 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および/または程度の評価である、[7]〜[13]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[15] [1]〜[6]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および/または程度を評価し、
金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、前記製造方法。
[熱処理評価用ウェーハ]
本発明の熱処理評価用ウェーハは、酸素濃度が1.0×1018atoms/cm3以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有し、前記シリコンエピタキシャル層は、6〜10Ω・cmの範囲であって、かつ前記シリコン基板の抵抗値より高い抵抗値を有する。本発明の熱処理評価用ウェーハを使用することにより評価される熱処理としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理を挙げることができる。評価対象となる熱処理の具体例としては、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、H2アニール等を挙げることができる。
本発明の第一の熱処理評価方法(以下、「方法I」ともいう)は、
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程を含む。
方法Iは、Niの分析に好適であるので、以下、方法Iを、金属不純物としてNiを分析する場合を例に取り説明する。但し、本発明の方法により分析される金属不純物は、Niに限定されるものではない。
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む。
また、方法IIにおける他の工程の詳細は、先に方法Iについて述べた通りである。
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程とを含む。
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、本発明の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および/または程度を評価し、金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む。
また、前記目標値は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。また、前記熱処理としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理を挙げることができ、その具体例としては、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、H2アニール等を挙げることができる。
[実施例1]
熱処理評価用ウェーハの作製
ホウ素をドープしたシリコン基板(酸素濃度:1.0×1018atoms/cm3(ASTM F−121 1979)、抵抗値:4Ω・cm)上に、ホウ素をドープしたエピタキシャル層(厚さ:3μm、抵抗値:6Ω・cm)を積層し、熱処理評価用エピタキシャルウェーハ(p/p-)を作製した。
上記ウェーハを、Niで1×1012atoms/cm2で既知汚染し、それを加熱処理し、表面酸化膜を除去した後に、ウェーハの表面上のNiを酸性回収液(HF(2質量%)/H2O2(2質量%)/H2O)で回収し、ICP−MSで定量分析した。表面酸化膜の除去は、実施例2と同様に行った。
比較試料として、高抵抗ウェーハ(p-)、基板低抵抗エピタキシャルウェーハ(p/p+)を用いて同様の処理を行った。結果を図1に示す。
前述と同様の熱処理プロセス評価用ウェーハの表面をCuで1×1012atoms/cm2で既知汚染し、それを加熱処理し、表面酸化膜の除去直後および表面酸化膜除去後室温で1日放置した後に、ウェーハの表面上のCuを酸性回収液(HF(2質量%)/H2O2(2質量%)/H2O)で回収し、ICP−MSで定量分析した。表面酸化膜の除去は、実施例2と同様に行った。
比較試料として、前述の2種類のウェーハを用いて同様の処理を行った。結果を図2に示す。
熱処理の評価
(1)Niの分析
ホウ素をドープしたシリコン基板(酸素濃度:1.0×1018atoms/cm3(ASTM F−121 1979)、抵抗値:4Ω・cm)に、ホウ素をドープしたエピタキシャル層(厚さ:3μm、抵抗値:6Ω・cm)を積層し、熱処理評価用エピタキシャルウェーハ(p/p-)を作製した。
熱処理後、熱処理を施したウェーハの表面酸化膜を気相分解するために、密閉した容器内に弗酸溶液を入れた。この弗酸蒸気で満たされた容器内に熱処理されたウェーハを汚染なきように入れ、約1分間放置し表面酸化膜を分解させた。
この表面酸化膜を除去したウェーハにHF(2質量%)/H2O2(2質量%)/H2Oの混合液1000μlを直接滴下し、この液滴をウェーハ表面全面に走査させ、表面上の金属成分を回収した。同様に裏面についても、金属成分の回収を行った。この回収液をICP−MSにて定量分析した。
続いて、熱処理でのCu汚染評価を行うために、前述のNiを回収したウェーハを1日室温で放置した。1日放置したウェーハの表面にHF(2質量%)/H2O2(2質量%)/H2Oの混合液1000μlを直接滴下し、この液滴をウェーハ表面全面に走査させ、表面上のCu不純物を回収した。同様に裏面についても同手順でCu不純物の回収を行った。これらの回収液をICP−MSにて定量分析した。
以上の結果を表1に示す。
この結果から、Ni、Cuの汚染源は、SiCのCVDコートされていないボートからの汚染であることが分かり、このSiCのCVDコートを施していないボートをSiCのCVDコートを施したボートに変更することで加熱プロセスでのNi、Cu汚染を改善することができた。このように、本発明によれば、熱処理でのNi、Cuの定量評価が可能であり、評価結果に基づき熱処理プロセスを改善することができる。
Claims (15)
- 酸素濃度が1.0×1018atoms/cm3以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する、熱処理評価用ウェーハであって、
前記シリコンエピタキシャル層は、6〜10Ω・cmの範囲であって、かつ前記シリコン基板の抵抗値より高い抵抗値を有する、前記熱処理評価用ウェーハ。 - 前記シリコンエピタキシャル層の厚さは1〜10μmの範囲である、請求項1に記載の熱処理評価用ウェーハ。
- 前記シリコン基板およびシリコンエピタキシャル層は、ホウ素がドープされている、請求項1または2に記載の熱処理評価用ウェーハ。
- 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層を鏡面加工された面上に有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
- 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および/または程度の評価である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
- 前記金属は、Cuおよび/またはNiである、請求項5に記載の熱処理評価用ウェーハ。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。 - 前記金属成分の回収は、テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後に行われる、請求項7に記載の熱処理評価方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程と、
を含む、熱処理評価方法。 - 第一の分析工程において分析される金属成分はNiであり、第二の分析工程において分析される金属成分はCuである、請求項10に記載の熱処理評価方法。
- 前記ウェーハの放置時間は、12〜36時間である、請求項9〜11のいずれか1項に記載の熱処理評価方法。
- 前記金属成分の回収は、弗酸、過酸化水素水および水の混合液を用いて行われる、請求項8〜12のいずれか1項に記載の熱処理評価方法。
- 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および/または程度の評価である、請求項7〜13のいずれか1項に記載の熱処理評価方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および/または程度を評価し、
金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、前記製造方法。
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